Investigation of the low frequency dynamics of heme proteins: Native and mutant cytochrome P450cam and redox partner complexes

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 115, Issue 18, 2011, Pages 5665-5677

  Karunakaran, Venugopal ^a   Denisov, Ilia ^b   Sligar, Stephen G ^b   Champion, Paul M ^a  

^a NORTHEASTERN UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA CHAMPAIGN   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CAMS; ELECTRON SPIN RESONANCE SPECTROSCOPY; ELECTRON TRANSITIONS; PROTEINS; RAMAN SCATTERING; RAMAN SPECTROSCOPY; RESONANCE;

COHERENT VIBRATIONS; CYTOCHROME P450; DETUNED; DISTAL POCKET; ELECTRON DONATION; ELECTRON TRANSFER; GEOMETRIC DISTORTION; HEME DISTORTION; HEME PROTEINS; IRON ATOMS; LOW FREQUENCY; LOW FREQUENCY DYNAMICS; LOWER FREQUENCIES; NATIVE PROTEINS; NORMAL COORDINATE; PUTIDAREDOXIN; RAMAN SPECTRUM; REDOX PARTNERS; RESONANCE RAMAN SPECTRA; STRONG CORRELATION; STRUCTURAL DECOMPOSITION; SUBSTRATE-FREE; THIOLATES; VERY LOW FREQUENCY; VIBRATIONAL COHERENCES; VIBRATIONAL RESONANCE;

PORPHYRINS;

EID: 79958233614     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp112298y     Document Type: Article

References (79)

1. Denisov, I. G.; Makris, T. M.; Sligar, S. G; Schlichting, I. Chem. Rev. 2005, 105, 2253-2277.
2. Champion, P. M.; Stallard, B. R.; Wagner, G. C.; Gunsalus, I. C. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 5469-5472.
3. Sono, M.; Andersson, L. A.; Dawson, J. H. J. Biol. Chem. 1982, 257, 8308-8320.
4. Unno, M.; Shimada, H.; Toba, Y.; Makino, R.; Ishimura, Y. J. Biol. Chem. 1996, 271, 17869-17874.
5. Pochapsky, T. C.; Lyons, T. A.; Kazanis, S.; Arakaki, T.; Ratnaswamy, G. Biochimie 1996, 78, 723-733.
6. Furukawa, Y.; Ishimori, K.; Morishima, I. Biochemistry 2000, 39, 10996-11004.
7. Roitberg, A. E.; Holden, M. J.; Mayhew, M. P.; Kurnikov, I. V.; Beratan, D. N.; Vilker, V. L. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 8927-8932.
8. Shimada, H.; Nagano, S.; Ariga, Y.; Unno, M.; Egawa, T.; Hishiki, T.; Ishimura, Y. J. Biol. Chem. 1999, 274, 9363-9369.
9. Lipscomb, J. D. Biochemistry 1980, 19, 3590-3599.
10. Pochapsky, S. S.; Pochapsky, T. C.; Wei, J. W. Biochemistry 2003, 42, 5649-5656.
11. Tosha, T.; Yoshioka, S.; Takahashi, S.; Ishimori, K.; Shimada, H.; Morishima, I. J. Biol. Chem. 2003, 278, 39809-39821.
12. Zhang, W.; Pochapsky, S. S.; Pochapsky, T. C; Jain, N. U. J. Mol. Biol. 2008, 384, 349-363.
13. Sjodin, T.; Christian, J. F.; Macdonald, I. D. G.; Davydov, R.; Unno, M.; Sligar, S. G.; Hoffman, B. M.; Champion, P. M. Biochemistry 2001, 40, 6852-6859.
14. Unno, M.; Christian, J. F.; Benson, D. E.; Gerber, N. C.; Sligar, S. G.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 6614-6620.
15. Unno, M.; Christian, J. F.; Sjodin, T.; Benson, D. E.; Macdonald, I. D. G.; Sligar, S. G.; Champion, P. M. J. Biol. Chem. 2002, 277, 2547-2553.
16. Nagano, S.; Shimada, H.; Tarumi, A.; Hishiki, T.; Kimata-Ariga, Y.; Egawa, T.; Suematsu, M.; Park, S. Y.; Adachi, S.; Shiro, Y.; Ishimura, Y. Biochemistry 2003, 42, 14507-14514.
17. Makino, R.; Iizuka, S.; Sakaguchi, K.; Ishimura, Y. In Oxygenases and Oxygen Metabolism; Nozaki, M., Yamamoto, S., Ishimura, Y., Coon, M. J., Ernster, L., Estabrook, R. W., Eds.; Academic Press: New York, 1982; pp 467-477.
18. Yoshioka, S.; Takahashi, S.; Ishimori, K.; Morishima, I. J. Inorg. Biochem. 2000, 81, 141-151.
19. Yoshioka, S.; Tosha, T.; Takahashi, S.; Ishimori, K.; Hori, H.; Morishima, I. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 14571-14579.
20. Nagano, S.; Tosha, T.; Ishimori, K.; Morishima, I.; Poulos, T. L. J. Biol. Chem. 2004, 279, 42844-42849.
21. Tosha, T.; Yoshioka, S.; Ishimori, K.; Morishima, I. J. Biol. Chem. 2004, 279, 42836-42843.
22. Mukamel, S. Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy; Oxford University Press: New York, 1995.
23. Kumar, A. T. N.; Rosca, F.; Widom, A.; Champion, P. M. J. Chem. Phys. 2001, 114, 701-724.
24. Kumar, A. T. N.; Rosca, F.; Widom, A.; Champion, P. M. J. Chem. Phys. 2001, 114, 6795-6815.
25. Kubo, M.; Gruia, F.; Benabbas, A.; Barabanschikov, A.; Montfort, W. R.; Maes, E. M.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9800-9811.
26. Gruia, F.; Kubo, M.; Ye, X.; Champion, P. M. Biophys. J. 2008, 94, 2252-2268.
27. Gruia, F.; Kubo, M.; Ye, X.; Ionascu, D.; Lu, C.; Poole, R. K.; Yeh, S. R.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5231-5244.
28. Gruia, F.; Ionascu, D.; Kubo, M.; Ye, X.; Dawson, J.; Osborne, R. L.; Sligar, S. G.; Denisov, I.; Das, A.; Poulos, T. L.; Terner, J.; Champion, P. M. Biochemistry 2008, 47, 5156-5167.
29. Ye, X.; Ionascu, D.; Gruia, F.; Yu, A.; Benabbas, A.; Champion, P. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 14682-14687.
30. Srajer, V.; Reinisch, L.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 6656-6670.
31. Ma, J. G.; Zhang, J.; Franco, R.; Jia, S. L.; Moura, I.; Moura, J.J.; Kroneck, P. M.; Shelnutt, J. A. Biochemistry 1998, 37, 12431-12442.
32. Olea, C., Jr.; Kuriyan, J.; Marletta, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12794-12795.
33. Barkigia, K. M.; Chantranupong, L.; Smith, K. M.; Fajer, J. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 7566-7567.
34. Ravikanth, M.; Chandrashekar, T. K Struct. Bonding (Berlin) 1995, 105-188.
35. Walker, F. A. Coord. Chem. Rev. 1999, 186, 471-534.
36. Shelnutt, J. A.; Song, X. Z.; Ma, J. G.; Jia, S. L.; Jentzen, W.; Medforth, C.J. Chem. Soc. Rev. 1998, 27, 31-41.
37. Liptak, M. D.; Wen, X.; Bren, K. L. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9753-9763.
38. Makris, T. M.; von Koenig, K.; Schlichting, I.; Sligar, S. G. Biochemistry 2007, 46, 14129-14140.
39. Gerber, N. C.; Sligar, S. G. J. Biol. Chem. 1994, 269, 4260-4266.
40. Sligar, S. G.; Debrunner, P. G.; Lipscomb, J. D.; Namtvedt, M. J.; Gunsalus, I. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1974, 71, 3906-3910.
41. Furukawa, Y.; Morishima, I. J. Biol. Chem. 2001, 276, 12983-12990.
42. Koga, H.; Sagara, Y.; Yaoi, T.; Tsujimura, M.; Nakamura, K.; Sekimizu, K.; Makino, R.; Shimada, H.; Ishimura, Y.; Yura, K.; Go, M.; Ikeguchi, M.; Horiuchi, T. FEBS Lett. 1993, 331, 109-113.
43. Hintz, M. J.; Mock, D. M.; Peterson, L. L.; Tuttle, K.; Peterson, J. A. J. Biol. Chem. 1982, 257, 14324-14332.
44. Aoki, M.; Ishimori, K.; Morishima, I.; Wada, Y. Inorg. Chim. Acta 1998, 272, 80-88.
45. Rosca, F.; Kumar, A. T. N.; Ye, X.; Sjodin, T.; Demidov, A. A.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4280-4290.
46. Gruia, F.; Ye, X.; Ionascu, D.; Kubo, M.; Champion, P. M. Biophys. J. 2007, 93, 4404-4413.
47. Wang, W.; Ye, X.; Demidov, A. A.; Rosca, F.; Sjodin, T.; Cao, W. X.; Sheeran, M.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 10789-10801.
48. Rosca, F.; Kumar, A. T. N.; Ye, X.; Sjodin, T.; Demidov, A. A.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4280-4290.
49. Gruia, F.; Ye, X.; Ionascu, D.; Kubo, M.; Champion, P. M. Biophys. J. 2007, 93, 4404-4413.
50. Rosca, F.; Kumar, A. T. N.; Ye, X.; Sjodin, T.; Demidov, A. A.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4280-4290.
51. Wang, W.; Ye, X.; Demidov, A. A.; Rosca, F.; Sjodin, T.; Cao, W. X.; Sheeran, M.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 10789-10801.
52. Constantine, S.; Zhou, Y.; Morais, J.; Ziegler, L. D. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 5456-5462.
53. Wells, A. V.; Li, P.; Champion, P. M.; Martinis, S. A.; Sligar, S. G. Biochemistry 1992, 31, 4384-4393.
54. Chachisvilis, M.; Fidder, H.; Sundström, V. Chem. Phys. Lett. 1995, 234, 141-150.
55. Balk, M. W.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 1985, 83, 4300-4307.
56. Gu, Y. G.; Widom, A.; Champion, P. M. J. Chem. Phys. 1994, 100, 2547-2560.
57. Zhu, L.; Li, P.; Huang, M.; Sage, J. T.; Champion, P. M. Phys. Rev. Lett. 1994, 72, 301-304.
58. Liebl, U.; Lipowski, G.; Negrerie, M.; Lambry, J. C.; Martin, J. L.; Vos, M. H. Nature 1999, 401, 181-184.
59. Rosca, F.; Kumar, A. T. N.; Ionascu, D.; Ye, X.; Demidov, A. A.; Sjodin, T.; Wharton, D.; Barrick, D.; Sligar, S. G.; Yonetani, T.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 3540-3552.
60. Srajer, V.; Schomacker, K. T.; Champion, P. M. Phys. Rev. Lett. 1986, 57, 1267-1270.
61. Schomacker, K. T.; Bangcharoenpaurpong, O.; Champion, P. M. J. Chem. Phys. 1984, 80, 4701-4717.
62. Spaulding, L. D.; Chang, C. C.; Yu, N. T.; Felton, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2002, 97, 2517-2525.
63. Spiro, T. G. In Iron Porphyrins; Lever, A. B. P., Gray, H. B., Eds.; Addison-Wesley: Reading, MA, 1983; Part II, pp 89-160.
64. Hu, S.; Smith, K. M.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 12638-12646.
65. Hu, S.; Morris, I. K.; Singh, J. P.; Smith, K. M.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 2002, 115, 12446-12458.
66. Roberts, S. A.; Weichsel, A.; Qiu, Y.; Shelnutt, J. A.; Walker, F. A.; Montfort, W. R. Biochemistry 2001, 40, 11327-11337.
67. Gruia, F.; Kubo, M.; Ye, X.; Ionascu, D.; Lu, C.; Poole, R. K.; Yeh, S. R.; Champion, P. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5231-5244.
68. Sevrioukova, I. F.; Poulos, T. L. Arch. Biochem. Biophys. 2010, 507, 66-74.
69. Fisher, M. T.; Sligar, S. G. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 5018-5019.
70. Pochapsky, T. C.; Lyons, T. A.; Kazanis, S.; Arakaki, T.; Ratnaswamy, G. Biochimie 1996, 78, 723-733.
71. Poulos, T. L.; Finzel, B. C.; Gunsalus, I. C.; Wagner, G. C.; Kraut, J. J. Biol. Chem. 1985, 260, 16122-16130.
72. Poulos, T. L.; Finzel, B. C.; Howard, A. J. J. Mol. Biol. 1987, 195, 687-700.
73. Sligar, S. G.; Gunsalus, I. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1976, 73, 1078-1082.
74. Bangcharoenpaurpong, O.; Champion, P. M.; Martinis, S. A.; Sligar, S. G. J. Chem. Phys. 1987, 87, 4273-4284.
75. Chen, Z.; Ost, T. W. B.; Schelvis, J. P. M. Biochemistry 2004, 43, 1798-1808.
76. Peterson, E. S.; Friedman, J. M.; Chien, E. Y. T.; Sligar, S. G. Biochemistry 1998, 37, 12301-12319.
77. Tosha, T.; Kagawa, N.; Ohta, T.; Yoshioka, S.; Waterman, M. R.; Kitagawa, T. Biochemistry 2006, 45, 5631-5640.
78. Karunakaran, V.; Benabbas, A.; Sun, Y.; Zhang, Z.; Singh, S.; Banerjee, R.; Champion, P. M. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 3294-3306.
79. Poulos, T. L.; Finzel, B. C.; Howard, A. J. Biochemistry 2002, 25, 5314-5322.